操作系統原理之記憶體管理(第四章第二部分)

頁：將⼀個進程的邏輯地址空間分成若⼲個⼤⼩相等的⽚頁框：將物理記憶體空間分成與⻚⼤⼩相同的若⼲個存儲塊分⻚存儲：將進程中的若⼲⻚分別裝⼊多個可以不相鄰的⻚框中頁內碎片：進程最後⼀⻚⼀般裝不滿⼀個⻚框，形成⻚內碎⽚頁表：實現從⻚號到⻚框號的映射 ...

一、基本分頁存儲管理方式

1、分⻚存儲管理的基本原理：

頁：將⼀個進程的邏輯地址空間分成若⼲個⼤⼩相等的⽚
頁框：將物理記憶體空間分成與⻚⼤⼩相同的若⼲個存儲塊
分⻚存儲：將進程中的若⼲⻚分別裝⼊多個可以不相鄰的⻚框中
頁內碎片：進程最後⼀⻚⼀般裝不滿⼀個⻚框，形成⻚內碎⽚
頁表：實現從⻚號到⻚框號的映射

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2、分⻚地址結構：基本分頁存儲管理方式的邏輯地址結構包括兩部分，即頁內偏移量和頁號

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例題：

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3、分⻚地址變換

進程執行，PCB中頁表起始地址和頁表長度送到CPU的頁表寄存器
CPU訪問某個邏輯單元A
由分頁地址變換硬體自動將A分為頁號和頁內偏移兩部分
由硬體檢索頁表，得到A所在的頁對應的頁框號
頁框號和頁內偏移地址送物理地址寄存器，計算物理地址。物理地址=頁框大小✖頁框號+頁內偏移量

4、⻚⼤⼩的選擇因素

管理記憶體開銷：頁較⼩，劃分為較多⻚，⻚表過⻓，占記憶體較⼤
記憶體的利⽤率：頁較⼤，⻚內碎⽚⼤，空間利⽤率低

5、快表TLB：

快表也稱“轉換後援緩衝”，是為了提⾼CPU訪存速度⽽採⽤的專⽤緩存，⽤來存放最近被訪問過的⻚表項。

快表TLB的計算：

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6、兩級和多級⻚表

將⻚表再分⻚，形成兩級或多級⻚表，將⻚表離散地存放在物理記憶體中。

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二、基於分頁的虛擬存儲系統

1、虛擬存儲器：

虛擬存儲器是指具有請求調⼊功能和置換功能，能從邏輯上對記憶體容量進⾏擴充的⼀種存儲器系統
就是說，先將進程的⼀部分裝⼊記憶體，其餘的部分什麼時候需要，什麼時候請求系統裝⼊，即請求調⼊
如果請求調⼊時，沒有⾜夠的記憶體，則由操作系統選擇⼀部分記憶體中的進程內容移到外存，以騰出空間把當前需要裝⼊的記憶體調⼊，即置換

2、請求分⻚系統是最基本、最常⽤的虛擬存儲系統的實現⽅式

　　請求分⻚中的硬體⽀持：

　　　　為了實現請求分⻚，需要：特殊的⻚表、缺⻚異常機構和⽀持請求分⻚的地址變換機構。

　　⻚分配策略：

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3、⻚置換演算法：從記憶體⻚中選擇換出⻚的演算法

A、最佳置換演算法（主要⽤於理論研究）：選擇以後永遠不會被訪問的⻚或者在未來最⻓時間內不再被訪問的⻚作為換出⻚

B、先進先出置換演算法FIFO（最簡單的⻚置換演算法）：為每個⻚記錄該⻚調⼊記憶體的時間，選擇換出⻚時，選擇進⼊記憶體時間最早的⻚

C、最近最久未使⽤置換演算法 LRU（實現最佳演算法的近似演算法）：選擇最近最久未使⽤的⻚換出(⽤⼀個欄位記錄⼀個⻚⾃上次被訪問以來所經歷的時間)

D、附加引⽤位演算法

E、簡單Clock置換演算法：選擇最近沒有被訪問的淘汰

F、改進型Clock演算法：選擇既沒有被訪問過⼜沒有被修改過的淘汰

G、最少使⽤置換演算法：選擇最近時期內使⽤次數最少的淘汰

H、⻚緩衝演算法

4、請求分⻚系統的性能：

a、缺⻚率對有效訪問時間的影響

有效訪問時間=0.1+24999.9✖P（P為缺⻚率）

有效訪問時間與缺⻚率成正⽐，缺⻚率越⾼，有效訪問時間越⻓，訪問效率越低有效訪問時間越低

b、⼯作集：引⼊⼯作集⽬的：降低缺⻚率，提⾼訪問記憶體效率含義：某段時間間隔⾥，進程實際要訪問的⻚的集合

c、抖動：運⾏進程的⼤部分時間都⽤於⻚的換⼊換出⼏乎不能完成任何有效果⼯作的狀態

產⽣原因：進程數量太多分配⻚框太少

預防⽅法：採取局部置換策略引⼊⼯作集掛起若⼲進程

三、分段存儲管理

分段機制的引⼊：在分段存儲管理的系統中，程式員使⽤⼆維的邏輯地址，⼀個數⽤來表示段，另⼀個數⽤來表示段內偏移。

引⼊分段機制的優點：⽅便編程、分段共用、分段保護、動態鏈接，以及動態空間的增⻓。

分段：

進程的地址空間被劃分成若⼲個段。
每個段定義了⼀組邏輯信息，每個段的⼤⼩由相應的邏輯信息組的⻓度確定，段的⼤⼩不⼀樣，每個段的邏輯地址從0開始，採⽤⼀段連續的地址空間。系統為每個段分配⼀個連續的物理記憶體區域，各個不同的段可以離散地放⼊物理記憶體不同的區域。
系統為每個進程建⽴⼀張段表，段表的每⼀個表項紀錄的信息包括段號、段⻓和該段的基址，段表存放在記憶體中。

分段的邏輯地址結構：

段表：段表是由操作系統維護的⽤於⽀持分段存儲管理地址映射的數據結構。每個進程有⼀個段表，段表由段表項構成。每個段表項包括段號、段基址（段的起始地址）和段⻓（段⼤⼩）3個部分。

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